撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

隨著mRNA及其遞送載體脂質(zhì)納米顆粒（LNP）的發(fā)展，將基因藥物遞送至肝臟已在臨床上取得顯著成功，LNP 具有高效性、生物相容性以及可重復(fù)給藥的優(yōu)點(diǎn)，有望改變當(dāng)前的疾病治療格局。然而，由于全身系統(tǒng)性給藥后 LNP 傾向于在肝臟中積聚，難以實(shí)現(xiàn)器官/組織及細(xì)胞特異性遞送，這也成為了基于 LNP 的基因治療的廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。

2025 年 9 月 1 日，北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院程強(qiáng)團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所魏妥團(tuán)隊(duì)合作，在Nature Materials期刊發(fā)表了題為：Tissue-specific mRNA delivery and prime editing with peptide–ionizable lipid nanoparticles 的研究論文【1】。

該研究將兩大類生物材料——多肽（Peptide）和可電離脂質(zhì)（Ionizable Lipid）相結(jié)合，創(chuàng)造出新型的多肽可電離脂質(zhì)（Peptide-Ionizable Lipid，PIL）材料，進(jìn)而建立了一種多肽可電離脂質(zhì)驅(qū)動(dòng)的器官靶向平臺(tái)——PILOT，基于該平臺(tái)的 LNP 能夠?qū)崿F(xiàn)器官特異性和器官可調(diào)控的 mRNA 遞包括特異性靶向肺、肝臟、脾臟、胸腺和骨骼。特別是，向肝臟遞送 mRNA 的效果和安全性方面與美國(guó) FDA 批準(zhǔn)的制劑相當(dāng)。此外，該研究開發(fā)的肝臟 PILOT LNP和肺PILOT LNP，能夠高效共遞送先導(dǎo)編輯組分（PEmax mRNA 和 epegRNA），分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)肝臟和肺部的高效先導(dǎo)編輯。

PILOT 平臺(tái)提供了一種可預(yù)測(cè)的方法學(xué)用于理性設(shè)計(jì)器官/組織特異性靶向的脂質(zhì)納米顆粒（LNP）有助于改進(jìn)基于 mRNA 的基因編輯療法的開發(fā)。

為了滿足肝臟以外器官/組織的治療需求，研究人員已投入大量精力對(duì) mRNA-LNP 進(jìn)行工程改造，以使其能夠到達(dá)肝臟以外的目標(biāo)，包括使用配體偶聯(lián)、組分優(yōu)化、新型可電離脂質(zhì)開發(fā)，以及直接向眼球等免疫器官注射 LNP。

可電離脂質(zhì)作為 LNP 配方中的關(guān)鍵組分，決定了納米顆粒的效力和器官選擇性，并且已被廣泛研究用于靶向 mRNA 遞送。通過組合化學(xué)對(duì)脂質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制，研究人員發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了能夠借助高通量篩選、條形碼技術(shù)或機(jī)器學(xué)習(xí)輔助評(píng)估不同器官遞送能力的可電離脂質(zhì)。盡管如此，有限的化學(xué)反應(yīng)與組合合成和高通量篩選過程相兼容，而脂質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)仍需要更大的結(jié)構(gòu)靈活性和多樣性。此外，由于缺乏設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要可預(yù)測(cè)且理性設(shè)計(jì)用于向肝外組織遞送的可電離脂質(zhì)，仍相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。

多肽（Peptide）是由酰胺鍵連接的短的、序列確定的氨基酸鏈。鑒于氨基酸含有多種具有不同物理化學(xué)性質(zhì)和功能的側(cè)鏈，多肽具有很大的設(shè)計(jì)靈活性。研究團(tuán)隊(duì)探索了將兩大類生物材料——多肽（Peptide）和可電離脂質(zhì)（Ionizable Lipid）相結(jié)合，進(jìn)而創(chuàng)造一種新型的多肽可電離脂質(zhì)（PIL）材料，這種新型材料繼承了其來源雙方的結(jié)構(gòu)特征，從而拓展了可電離脂質(zhì)的化學(xué)設(shè)計(jì)空間。

傳統(tǒng)的脂質(zhì)組合合成是通過液相反應(yīng)進(jìn)行的，而這需要大量的反應(yīng)后處理和純化工作，不利于生產(chǎn) PIL。固相支持合成（SPSS）提供了一種新思路，與液相合成相比，SPSS 系統(tǒng)具有模塊化、可定制化、精度高以及更簡(jiǎn)單、更快等優(yōu)點(diǎn)。在 SPSS 過程中，氨基酸構(gòu)件依次在固體支持物上組裝，多余的反應(yīng)物很容易被沖洗掉，無需對(duì)反應(yīng)中間體進(jìn)行繁瑣的純化處理。此外，用于 SPSS 的構(gòu)建模塊的數(shù)量和功能極大地拓展了脂質(zhì)設(shè)計(jì)的維度。因此，研究團(tuán)隊(duì)目標(biāo)是開發(fā)一種 SPSS 方法，以實(shí)現(xiàn)具有高度結(jié)構(gòu)多樣性的 PIL 的模塊化合成，并且要了解設(shè)計(jì)用于器官靶向 mRNA 遞送的可電離脂質(zhì)是否有價(jià)值的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)多肽可電離脂質(zhì)（PIL）驅(qū)動(dòng)的器官靶向平臺(tái)——PILOT，該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)器官特異性和器官可調(diào)控的 mRNA 遞送。

研究團(tuán)隊(duì)通過固相支持合成（SPSS）方法模塊化合成了120 多種結(jié)構(gòu)多樣的多肽可電離脂質(zhì)（PIL），其由天然氨基酸（或其他功能性模塊）與人工烷基化可電離 Fmoc 保護(hù)氨基酸（AIFA）組成。

體內(nèi)初步篩選發(fā)現(xiàn)，含賴氨酸（lysine）或 2,4-二氨基丁酸（Dab），且飽和烷基鏈長(zhǎng)度為 12、AIFA 數(shù)值為 3-5 的 PIL，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的蛋白質(zhì)表達(dá)。其中，a12Dab4 PIL 向肝臟中遞送的 mRNA 表達(dá)水平顯著高于美國(guó) FDA 批準(zhǔn)的 LNP 中使用的可電離脂質(zhì) ALC-0315，且在高 mRNA 劑量下表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)陌踩浴?/p>

構(gòu)效關(guān)系（SAR）和構(gòu)選關(guān)系（SSR）分析表明，烷基鏈和類型、AIFA 模塊數(shù)量、側(cè)鏈長(zhǎng)度以及 N 端或 C 端的修飾，對(duì) PIL 的效力和器官選擇性具有調(diào)控作用。重要的是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種可擴(kuò)展的氨基酸修飾策略，用于設(shè)計(jì) PIL，以實(shí)現(xiàn)通過 LNP 進(jìn)行可調(diào)控且可預(yù)測(cè)的 mRNA 遞送。

具體來說——

• 賴氨酸/精氨酸修飾→ 實(shí)現(xiàn) mRNA 的肺靶向遞送；

• 半胱氨酸/組氨酸/酪氨酸/苯丙氨酸修飾→ 實(shí)現(xiàn) mRNA 的 肝靶向遞送；

• 谷氨酸/天冬氨酸/脯氨酸/色氨酸修飾及 Nα-乙酰化賴氨酸/精氨酸修飾→ 實(shí)現(xiàn) mRNA 的 脾臟特異性遞送；

• 賴氨酸-酪氨酸二肽的加入→ 顯著提升 mRNA 的胸腺靶向遞送；

• 阿侖膦酸（Ale）的加入→ 顯著提升 mRNA 的骨骼靶向遞送。

利用 PILOT 平臺(tái)開發(fā)的 PILOT-LNP 介導(dǎo)了有效的 Cre mRNA 遞送，并在特定靶組織中實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)基因編輯。研究團(tuán)隊(duì)使用肝臟 PILOT-LNP 和肺 PILOT-LNP 分別一體化“一體化”共遞送先導(dǎo)編輯組分（PEmax mRNA 和 epegRNA），分別在肝臟（編輯效率為 13.1%）和肺部（編輯效率為 7.4%）實(shí)現(xiàn)了有效且特異性的先導(dǎo)編輯。

總的來說，該研究提出的通用設(shè)計(jì)策略為開發(fā)器官靶向的可電離脂質(zhì)提供了新的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，研究中展示的 PILOT LNP 平臺(tái)在器官特異性先導(dǎo)編輯療法開發(fā)中具有巨大潛力。

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值得一提的是，Nature Materials期刊同期背靠背發(fā)表了來自清華大學(xué)邵玥副教授、高華健院士團(tuán)隊(duì)的題為：Peptide codes for organ-selective mRNA delivery 的研究論文【2】。

該研究開發(fā)了一種多肽編碼的器官選擇性靶向（peptide-encoded organ-selective targeting，POST）方法，通過利用特定氨基酸序列對(duì) LNP 進(jìn)行表面工程化模塊調(diào)控，實(shí)現(xiàn)全身給藥后將 mRNA 向肝外器官的高效特異性遞送。

POST 系統(tǒng)的器官選擇性靶向源于多肽修飾 LNP 表面形成的特異性蛋白冠，其核心機(jī)制是通過多肽序列與血漿蛋白結(jié)合親和力的力學(xué)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)靶向調(diào)控。該研究顯著拓寬了器官靶向遞送的適用范圍與功能多樣性，為精準(zhǔn)遞送系統(tǒng)的理性設(shè)計(jì)提供了可編程框架。

論文鏈接：

1. https://www.nature.com/articles/s41563-025-02320-9

2. https://www.nature.com/articles/s41563-025-02331-6